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싱가포르 연구진은 강한 자기장 하에서 작은 변화들을 검출할 수 있는 매우 민감한 센서를 개발했다. 이 센서는 의학 등에 널리 사용될 수 있다. 스위스 취리히 연방공과대학(ETH Zurich)과 취리히 대학(University of Zurich)의 연구진은 강한 자기장 하에서 매우 작은 변화들을 측정하는데 성공했다. 이번 연구진은 자기 공진 이미징(magnetic resonance imaging, MRI) 스캐너 속에서 물방울을 자화시켰고, 물방울 속의 매우 작은 자기장 강도 변화를 검출할 수 있었다. 지금까지 약한 자기장 하의 작은 변화들만 측정할 수 있었다. 예를 들어, 약한 자기장이란 지구의 자기장인 몇 십 마이크로테슬라(microtesla)의 강도를 의미한다. 고감도 측정 방법으로 이런 자기장 강도 변화를 감지할 수 있었다. 이번 연구진은 의료용 이미징에 사용되는 1 테슬라 이상의 강한 자기장에서 동일한 방법을 적용할 수 있다는 것을 증명했다. 이런 변화를 측정하기 위해서, 이번 연구진은 새로운 고정밀 센서를 만들었다. 이것은 측정 동안에 배경 잡음을 매우 낮은 수준까지 감소시켰다. 핵자기 공진의 경우에, 전파는 자기장 속의 원자핵을 여기시키는데 사용된다. 이것은 핵이 약한 전파를 방출하게 한다. 이번 연구진은 특별하게 준비된 폴리머 속에 물방울과 안테나를 주입했다. 자화율은 구리 안테나의 것과 정확히 일치했다. 이런 방식으로 이번 연구진은 물방울 위에 존재하는 안테나의 해로운 영향을 제거할 수 있었다. 자기장 속의 매우 작은 변화를 측정할 수 있는 기술은 이러한 변화가 발생하는 원인을 관찰할 수 있게 한다. 이 기술은 의학 분야 등에 매우 유용하게 적용될 수 있을 것이다. MRI 스캐너의 경우에, 체내 조직 속의 분자들은 최소한의 자화를 받는다. 이 새로운 센서는 너무나 민감해서 체내의 기계적 프로세스(예를 들어, 심장 수축)를 측정할 수 있게 한다. 이 새로운 측정 기술은 MRI를 위한 새로운 조영제 개발에 사용될 수 있다. MRI의 경우에, 조영제는 자화된 핵 스핀이 평형 상태에서 얼마나 빨리 자화되는지를 결정한다. 조영제는 낮은 농도에서도 핵 스핀의 완화 특성으로부터 영향을 받기 때문에 체내의 특정 구조를 표시하는데 사용된다. 세 개의 핵 스핀 구성요소에 대한 직접적인 측정은 생물학적 및 화학적 연구에 핵 자기 공진 분광기를 적용할 수 있는 새로운 기술을 열어준다. 이런 분야의 연구는 아직 초기 단계인데, 이 연구로 인해서 이 분야의 연구가 탄력을 받을 것이고, 향후에 생체 속의 다양한 프로세스를 측정하는데 크게 도움을 줄 수 있을 것이다. 이 연구결과는 저널 Nature Communications에 ldquo;Dynamic nuclear magnetic resonance field sensing with part-per-trillion resolution rdquo; 라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1038/NCOMMS13702). |
